本发明专利技术是一种铝合金预拉伸板残余应力水浸超声检测方法，属于无损检测领域，该方法的步骤如下：制作参考试块；测量标定；残余应力测量。该方法采用水浸法，通过控制水温不变能够保证应力标定和应力测量过程的温度一致，从而排除了温度差异对超声波速度的影响，消除温度误差，另外，采用自动扫查架代替手工扫查，能够保证测量过程中探头与待测材料表面的距离不变，从而排除耦合条件差异对声传播时间的影响，消除耦合误差。该方法有利于对铝合金预拉伸板近表面残余应力进行无损评价。
Water immersion ultrasonic testing method for residual stress of aluminum alloy pre tension plate
The present invention relates to an ultrasonic testing method for residual stress water immersion of aluminum alloy pre stretched plate, belonging to the field of nondestructive testing, and the method comprises the following steps: making reference test blocks; measuring calibration; measuring residual stress. The method of water extraction method, the temperature control can ensure the constant stress and temperature calibration should be consistent force measurement process, eliminating the influence of temperature difference on the ultrasonic velocity, eliminate the temperature error, in addition, the automatic scanning frame scan instead of manual, to ensure the probe in the process of measurement and test of material surface the same distance, influence of coupling conditions on sound propagation time difference to eliminate, eliminate the coupling error. The method is beneficial to nondestructive evaluation of near surface residual stresses in aluminum alloy pre tension plates.
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术是，属于无损检测领域，该方法的步骤如下：制作参考试块；测量标定；残余应力测量。该方法采用水浸法，通过控制水温不变能够保证应力标定和应力测量过程的温度一致，从而排除了温度差异对超声波速度的影响，消除温度误差，另外，采用自动扫查架代替手工扫查，能够保证测量过程中探头与待测材料表面的距离不变，从而排除耦合条件差异对声传播时间的影响，消除耦合误差。该方法有利于对铝合金预拉伸板近表面残余应力进行无损评价。【专利说明】
本专利技术是，属于无损检测领域。
技术介绍
为了适应飞机重量减轻、强度提高的需求，新型飞机上的大型结构件逐渐由筋条铆接结构向整体化结构过渡。铝合金预拉伸板是一种用于制作飞机大型整体化部件的新型高强轻质材料，在飞机机身、机翼等部位有着大规模的应用。在利用铝合金预拉伸板加工整体化部件的过程中，常常需要切除大量的材料。如果预拉伸板中存在较大的残余应力，在材料切除的过程中，这些残余应力将会释放出来，从而产生塑性变形使加工后的工件超差甚至报废。因此，迫切需要一种测量铝合金预拉伸板中残余应力的方法。利用超声波的“声弹效应”测量残余应力是一种残余应力测量的新方法。它具有测量速度快、使用方便、测量范围灵活、经济性好等优点，更重要的是，这一方法是无损的，能够在不破坏材料残余应力状态的前提下测量残余应力，这是目前大部分残余应力测量方法所不具备的。X射线法虽然也能无损测量残余应力，但其穿透深度较浅，无法测量深度超过0.3mm以上的残余应力。因此，超声测量残余应力是一种很有市场前途的方法。但是，由于超声测量残余应力对测量精度的要求较高，使得目前的测量方法存在着温度影响和耦合影响两个方面的问题。一方面，由于超声测量应力的依据是超声波的传播速度，而温度对其传播速度有一定影响。在利用超声波检测材料中的缺陷时这一影响可以忽略不计，但由于应力引起的超声传播速度的变化同样微小，因此温度的变化将给超声残余应力测量带来巨大的误差。另一方面，由于在超声测量应力时常常采用固定传播距离从而将传播速度的变化转化为传播时间的变化这一方式，因此耦合层的厚度也会对测量结果带来一定程度的误差。综上所述，铝合金预拉伸板近表面残余应力的无损测量具有很大的技术难度。
技术实现思路
本专利技术正是针对上述现有技术中存在的问题而设计提供了一种铝合金预拉伸板近表面残余应力水浸超声检测方法，其目的是提高铝合金预拉伸板近表面残余应力的检测精度和深度，精度可达±40MPa，深度可达8mm。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的:该种铝合金预拉伸板残余应力水浸超声检测方法，其特征在于:该方法的步骤是:⑴制作参考试块1.1切取试样在与待测预拉伸板材13)相同批次的产品上切取一块长100mm，宽90mm，厚20mm的矩形试样，矩形试样的一个最大表面为预拉伸板的轧制面，该最大表面称试样轧制面5),矩形试样的长度方与预拉伸板的轧制方向相同，利用钻孔法测量试样轧制面I)的残余应力，测量点的数量为四个，其位置距试样轧制面I)长边10mm、宽边15mm，按顺时针依次为测量点I I)、测量点II 2)、测量点III 3)、测量点IV 4)，如测得的最大残余应力值不大于50MPa则保留该试样，如大于50MPa则重新取样，直到取得最大应力值小于50MPa的试样为止；1.2试样加工将矩形试样切割为大、小两块试样，大块试样的尺寸为:长100mm，宽60mm，厚20mm，小块试样的尺寸为:长40.01?40.10mm，宽19.95?19.99mm，厚20mm，在大块试样的中心加工出一个长40mm,宽20mm的方形通孔6),该方形通孔6)的长度方向与大块试样的长度方向相同，小块试样长度方向与加工前的矩形试样的长度方向一致，小块试样与方形通孔6)之间形成过盈配合；1.3试样安装将大块试样和小块试样在液氮中充分冷却，取出后迅速将小块试样安装在大块试样的方形通孔6)内，温度升高到室温后将大块试样和小块试样的组合体的各面磨平，磨平后的组合体称为参考试样9)，利用钻孔法测量参考试样9)上不带试样轧制面I)的最大表面中心的残余应力，将测量结果标识在参考试样9)上；1.4重复以上步骤1.1、1.2、1.3，制作3块参考试样9)用于检验同一个批次的预拉伸板的残余应力；⑵测量标定2.1设备安装选择两个频率同为IMHz、2.25MHz、5MHz或IOMHz的超声水浸探头7)，超声水浸探头7)安装在扫查架8)上，两个超声水浸探头7)处于同一个水平面上，两个超声水浸探头7)在的中心线8)在同一个垂直平面内相交，两个超声水浸探头7)的中心线8)与垂直方向的夹角为25。?30°，方向相反，将一个超声水浸探头7)连接到电脉冲信号发生器10)的激发接口，另一个超声水浸探头7)连接双通道示波器11)的输入接口，电脉冲信号发生器10)的输出接口、同步接口与双通道示波器11)的输入接口、同步接口对应连接，将参考试样9)水平安放在水槽(14)中的试样台12)上，两个超声水浸探头7)置于参考试样9)的正上方两侧；2.2确定测量参数打开电脉冲信号发生器10)和双通道示波器11)，通过调整两个超声水浸探头7)的倾斜角度和与参考试样9)之间的水平距离，使双通道示波器11)采集的临界折射纵波信号最大，读取并记录双通道示波器11)上显示的发射波与接收波之间的时间间隔，更换参考试样9)，保持两个超声水浸探头7)的倾斜角度以其与参考试样9)的相对位置不变，对所有参考试样9)读取并记录双通道示波器11)上显示的发射波与接收波之间的时间间隔，以步骤1.3中测量的参考试样9)的最大表面中心的残余应力为纵坐标，以时间间隔为横坐标，在直角坐标系上绘制残余应力与时间间隔关系曲线，将曲线进行线性拟合，拟合后直线的斜率称为声弹性系数K，该直线在横坐标上的截距称为零应力时间& ；2.3残余应力测量从试样台12)上取下参考试样9)，将待测铝合金预拉伸板13)安放在试样台12)上，保持两个超声水浸探头7)的倾斜角度与测量参考试样9)时一致，并使两个超声水浸探头7)与待测铝合金预拉伸板13)的水平距离与测量参考试样9)时一致，使扫查架8)带动两个超声水浸探头7)对待测铝合金预拉伸板13)进行逐行扫描，在每行扫描过程中，探头每前进20?50mm读取并记录一次双通道示波器11)上显示的发射波与接收波之间的时间间隔，每行之间的距离为10?20mm，直到整个预拉伸板扫描完毕；2.4计算残余应力待测铝合金预拉伸板13)表面各测量点的残余应力用以下公式计算:Ori = K(Vt0)式中:σ H代表每一点处的残余应力，K代表声弹性系数，\代表每一点处测得的发射波与接收波之间的时间间隔，t0代表零应力时间。2.5标记残余应力将测得的残余应力值大于IOOMPa或150MPa的区域在试样上标出，完成残余应力的测量。本专利技术的工作原理是:本专利技术在接触法超声测量应力的基础上，对铝合金预拉伸板近表面的残余应力进行检测。由于超声测量残余应力对测量精度的要求较高，使得目前的测量方法存在着温度影响和耦合影响两个方面的问题。一方面，由于超声测量应力的依据是超声波的传播速度，而温度对其传播速度有一定影响，这将给超声残余应力测量带来巨大的温度误差。另一方面，由于在超声测量应力时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铝合金预拉伸板残余应力水浸超声检测方法，其特征在于：该方法的步骤是：⑴制作参考试块1.1切取试样在与待测预拉伸板材(13)相同批次的产品上切取一块长100mm，宽90mm，厚20mm的矩形试样，矩形试样的一个最大表面为预拉伸板的轧制面，该最大表面称试样轧制面(5)，矩形试样的长度方与预拉伸板的轧制方向相同，利用钻孔法测量试样轧制面(1)的残余应力，测量点的数量为四个，其位置距试样轧制面(5)长边10mm、宽边15mm，按顺时针依次为测量点Ⅰ(1)、测量点Ⅱ(2)、测量点Ⅲ(3)、测量点Ⅳ(4)，各测量点的最大残余应力值应小于50MPa；1.2试样加工将矩形试样切割为大、小两块试样，大块试样的尺寸为：长100mm，宽60mm，厚20mm，小块试样的尺寸为：长40.01～40.10mm，宽19.95～19.99mm，厚20mm，在大块试样的中心加工出一个长40mm，宽20mm的方形通孔(6)，该方形通孔(6)的长度方向与大块试样的长度方向相同，小块试样长度方向与加工前的矩形试样的长度方向一致，小块试样与方形通孔(6)之间形成过盈配合；1.3试样安装将大块试样和小块试样在液氮中充分冷却，取出后迅速将小块试样安装在大块试样的方形通孔(6)内，温度升高到室温后将大块试样和小块试样的组合体的各面磨平，磨平后的组合体称为参考试样(9)，利用钻孔法测量参考试样(9)上不带试样轧制面(5)的最大表面中心的残余应力，将测量结果标识在参考试样(9)上；1.4重复以上步骤1.1、1.2、1.3，制作3块参考试样(9)用于检验同一个批次的预拉伸板的残余应力；⑵测量标定2.1设备安装选择两个频率同为1MHz、2.25MHz、5MHz或10MHz的超声水浸探头(7),超声水浸探头(7)安装在扫查架(8)上，两个超声水浸探头(7)处于同一个水平面上，两个超声水浸探头(7)在的中心线(8)在同一个垂直平面内相交，两个超声水浸探头(7)的中心线(8)与垂直方向的夹角为25°～30°，方向相反，将一个超声水浸探头(7)连接到电脉冲信号发生器(10)的激发接口，另一个超声水浸探头(7)连接双通道示波器(11)的输入接口，电脉冲信号发生器(10)的输出接口、同步接口与双通道示波器(11)的输入接口、同步接口对应连接，将参考试样(9)水平安放在水槽（14）中的试样台(12)上，两个超声水浸探头(7)置于参考试样(9)的正上方两侧；2.2确定测量参数打开电脉冲信号发生器(10)和双通道示波器(11)，通过调整两个超声水浸探头(7)的倾斜角度和与参考试样(9)之间的水平距离，使双通道示波器(11)采集的临界折射纵波信号最大，读取并记录双通道示波器(11)上显示的发射波与接收波之间的时间间隔，更换参考试样(9)，保持两个超声水浸探头(7)的倾斜角度以其与参考试样(9)的相对位置不变，对所有参考试样(9)读取并记录双通道示波器(11)上显示的发射波与接收波之间的时间间隔，以步骤1.3中测量的参考试样(9)的最大表面中心的残余应力为纵坐标，以时间间隔为横坐标，在直角坐标系上绘制残余应力与时间间隔关系曲线，将曲线进行线性拟合，拟合后直线的斜率称为声弹性系数，该直线在横坐标上的截距称为零应力时间；2.3残余应力测量从试样台(12)上取下参考试样(9)，将待测铝合金预拉伸板(13)安放在试样台(12)上，保持两个超声水浸探头(7)的倾斜角度与测量参考试样(9)时一致，并使两个超声水浸探头(7)与待测铝合金预拉伸板(13)的水平距离与测量参考试样(9)时一致，使扫查架(8)带动两个超声水浸探头 (7)对待测铝合金预拉伸板(13)进行逐行扫描，在每行扫描过程中，探头每前进20～50mm读取并记录一次双通道示波器(11)上显示的发射波与接收波之间的时间间隔，每行之间的距离为10～20mm，直到整个预拉伸板扫描完毕；2.4计算残余应力待测铝合金预拉伸板(13)表面各测量点的残余应力用以下公式计算：σri＝K(ti?t0)式中：σri代表每一点处的残余应力，K代表声弹性系数，ti代表每一点处测得的发射波与接收波之间的时间间隔，t0代表零应力时间。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓，史亦韦，梁菁，乔海燕，韩波，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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